I teorici dei materiali della Rice University mostrano come un composto bidimensionale unico di antimonio e seleniuro di indio può avere proprietà distinte su ciascun lato, a seconda della polarizzazione di un campo elettrico esterno. La figura indica che due stati per dispositivi di memoria non volatile possono essere capovolti dalla polarizzazione dello strato ferroelettrico. Credito:illustrazione di Jun-Jie Zhang
Un sandwich bidimensionale atipico ha la parte gustosa all'esterno per scienziati e ingegneri che sviluppano nanodispositivi multifunzionali.
Uno strato sottilissimo di antimonio semiconduttore accoppiato con seleniuro di indio ferroelettrico mostrerebbe proprietà uniche a seconda del lato e della polarizzazione da parte di un campo elettrico esterno.
Il campo potrebbe essere utilizzato per stabilizzare la polarizzazione del seleniuro di indio, una proprietà a lungo cercata che tende a essere distrutta dai campi interni in materiali come la perovskite, ma sarebbe molto utile per le applicazioni dell'energia solare.
Calcoli del teorico dei materiali di riso Boris Yakobson, l'autore principale e ricercatore Jun-Jie Zhang e lo studente laureato Dongyang Zhu mostrano che la commutazione della polarizzazione del materiale con un campo elettrico esterno lo rende un semplice isolante con una banda proibita adatta all'assorbimento della luce visibile o un isolante topologico, un materiale che conduce solo elettroni lungo la sua superficie.
Girare il campo verso l'interno renderebbe il materiale buono per i pannelli solari. Girarlo verso l'esterno potrebbe renderlo utile come dispositivo spintronico per l'informatica quantistica.
Lo studio del laboratorio appare sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .
"La capacità di cambiare a piacimento la struttura della banda elettronica del materiale è una manopola molto attraente, " Ha detto Yakobson. "Il forte accoppiamento tra stato ferroelettrico e ordine topologico può aiutare:la tensione applicata commuta la topologia attraverso la polarizzazione ferroelettrica, che funge da intermediario. Ciò fornisce un nuovo paradigma per l'ingegneria e il controllo dei dispositivi".
Debolmente legato dalla forza di van der Waals, gli strati cambiano la loro configurazione fisica quando esposti ad un campo elettrico. Questo cambia la banda proibita del composto, e il cambiamento non è banale, ha detto Zhang.
"Gli atomi di selenio centrali si spostano insieme alla commutazione della polarizzazione ferroelettrica, " ha detto. "Questo tipo di commutazione nel seleniuro di indio è stato osservato in recenti esperimenti".
A differenza di altre strutture proposte e alla fine realizzate da sperimentatori - i buckyball di boro sono un buon esempio - il materiale di commutazione può essere relativamente semplice da realizzare, secondo i ricercatori.
"A differenza dei tipici solidi sfusi, la facile esfoliazione dei cristalli di van der Waals lungo il piano a bassa energia superficiale consente realisticamente il loro riassemblaggio in eterobistrati, aprendo nuove possibilità come quella che abbiamo scoperto qui, " disse Zhang.
